基于CAN總線和MSP430的CO紅外檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．1 傳感器的原理及選擇
每種物質(zhì)都有特定的吸收光譜(如CO氣體在光波波長4．5μm處有一個(gè)極強(qiáng)的吸收峰)，該特性可用于測量。可根據(jù)各種氣體光譜曲線上某些特定波長處吸收峰值的變化判斷氣體的濃度。當(dāng)紅外光通過待測氣體時(shí)，這些氣體分子對特定波長紅外光有吸收作用，吸收規(guī)律遵循朗泊-比爾定律
式中，I為透射光的能量，L/mol?cm；Io為紅外輻射被氣體吸收的能量，L／mol．cm；K為與氣體及輻射波長有關(guān)的常數(shù)，L/mol?cm：C為被測氣體的濃度．mol／L；L為輻射通過氣體層的厚度，cm。
由式(1)可知，通過檢測紅外輻射經(jīng)氣體吸收后的輻射強(qiáng)度，就可計(jì)算出被測氣體的濃度。采用SM-C0 H／M傳感器，該系列模擬輸出型CO采用雙光束非分光紅外線(NDIR)檢測技術(shù)．具有抗其他氣體干擾、保養(yǎng)維護(hù)簡便、穩(wěn)定性好、自帶溫度補(bǔ)償、Modbus ASCII協(xié)議數(shù)字輸出和模擬輸出等優(yōu)點(diǎn)。適用于泄漏報(bào)警、現(xiàn)場施工防護(hù)、簡單氣體分析氣體、在線監(jiān)測、工業(yè)過程分析等場合。
2．2 MSP430單片機(jī)工作原理及數(shù)據(jù)處理
MSP430單片機(jī)是德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的超低功耗Flash型16位單片機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)功能及外圍電路接口要求，選用MSP430F449型單片機(jī)，該單片機(jī)具有豐富的內(nèi)部硬件資源；內(nèi)置的溫度傳感器用于檢測環(huán)境溫度，補(bǔ)償紅外傳感器檢測的數(shù)據(jù)；其內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器用于將傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；通過硬件乘法器，實(shí)現(xiàn)對被測量的A／D采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行高速數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算。數(shù)字濾波法采用去極值平均濾波法。在脈沖干擾較嚴(yán)重的場合，如采用一般的平均值法，則干擾將會(huì)平均到結(jié)果中去，不易消除由干擾引起的誤差。首先把Ⅳ次采樣值按大小順序排成一列，采用“冒泡排序法”，可去掉N個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，再計(jì)算(N-2)個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，即為去極值平均濾波法。溫度補(bǔ)償?shù)奶幚矸椒?；傳感器的靜態(tài)特性為線性時(shí)，則溫度補(bǔ)償前的特性可表示為：
式中，x為傳感器的輸入量，y為輸出量，Y為特性曲線在y軸上的截距(即環(huán)境溫度引起的輸出增益)，k為比例系數(shù)。
溫度補(bǔ)償公式法的步驟如下：
(1)給定(m+1)個(gè)溫度值：T0，T1，T2，…，Tn，…，Tm，測出每一溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線在y軸上的截距Y0，Y1，Y2，…，Yn，…Ym；
(2)將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數(shù)多項(xiàng)式(nm)
用最小二乘曲線擬合法確定a0，a1，a2，…an。
(3)在測得每一個(gè)y值及相應(yīng)T值時(shí)，首先計(jì)算出Y值，然后再求出x值
采用數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償算法可使測量更精確，受環(huán)境溫度影響減少到最小。
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